基于钠离子电解液的新型锡-石墨双离子电池:发展新型高效低成本储能电池的新思路

锂离子电池已广泛应用于便携式电子设备、储能设备等领域。随着锂离子电池逐渐应用于电动汽车, 锂的需求量将大大增加,而锂的储量有限,且分布不均,造成原材料价格上涨迅猛,严重制约了我国低成本、高安全性、高性能的新能源器件的技术进步和发展。钠由于具有和锂相似的物理化学性质,且其成本较低,储量丰富,使得基于钠离子的二次电池体系受到广泛关注,拥有比锂电池更大的市场竞争优势,有望成为锂离子电池的替代产品。

近日,中国科学院深圳先进技术研究院唐永炳研究员及其团队结合钠离子电池和双离子电池的优点,成功研发出一种基于钠离子电解液的新型高性能、低成本锡-石墨双离子电池。该电池直接采用锡箔同时作为电池负极和集流体,石墨作为正极;电解液采用成本较低的六氟磷酸钠作为钠盐电解质溶于有机溶剂中。与传统钠离子电池不同,该锡-石墨新型电池具有全新的反应机理:充电时,电解液中的钠离子运动到锡箔负极表面,形成钠锡合金,同时六氟磷酸根插层到正极石墨中;放电时,负极上的钠锡合金脱钠,同时正极石墨中的六氟磷酸根脱嵌回到电解液中。

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研究结果表明,该新型电池显示出良好的循环寿命和高能量密度,在2.0-4.8V的工作电压下,2C倍率下充放电循环400圈后,仍保持94%的容量;且能量密度可达到144 Wh/kg,与现有锂离子电池能量密度相当。此外,由于采用锡箔同时作为负极和负极集流体,可以显著减小电池的重量和体积,简化电池工艺,降低制造成本,具有潜在的应用前景。

该研究成果已在线发表在Advanced Energy Materials上(DOI: 10.1002/aenm.201601963)上。